| جهش ژنی عبارتست از تغییراتی که در رشته DNA یاخته بوجود می‌آید و به نسلهای بعدی قابل انتقال است و منجر به ظهور یا ناپدید شدن یک یا چند صفت در موجود زنده می‌گردد. |
مقدمه
تغییرات ژنتیکی در هنگام
تقسیم یاخته‌ای و
همانندسازی DNA ایجاد می‌شوند. یک ژن می‌تواند دارای اشکال مختلف باشد. شکلی از
ژن که در میکروارگانیسمهای جدا شده از طبیعت وجود دارد به نام شکل اولیه یا وحشی شناخته می‌شود از آنجا که اشکال مختلف یک ژن را الل می‌نامند، لذا این ژن را
الل وحشی گویند. انواع جهش یافته را موتانت و ژنهای مربوط به آنها را
الل موتانتی می‌نامند.
انواع جهشها
- جهشهایی که در آن یک جفت باز نیتروژن‌دار به یک جفت باز نیتروژن دارد دیگر تبدیل می‌شود این نوع جهش در اثر یک جهش ثانوی قابل برگشت است.
- جهشهایی که در آن یک جفت بازی جدید به رشته DNA اضافه یا از آن حذف می‌شود. احتمال وقوع این نوع جهش از نوع اول کمتر است ولی مانند نوع اول برگشت پذیر است.
- جهشهایی که در آن تعداد زیادی بار از مولکول DNA حذف یا به آن اضافه می‌شود. تعداد این بازها گاه به صدها و هزاران می‌رسد و در نتیجه قطعه بزرگی از DNA تغییر می‌کند این نوع جهش برگشت پذیر نیست.
علل وقوع جهش
گرچه
جهش بطور تصادفی انجام می‌گیرد ولی می توان امکان وقوع جهش را با استفاده از
مواد جهش‌زا افزایش داد.
جهش آنی یا خود برانگیخته
این جهش بطور تصادفی صورت می‌گیرد. در فرایند رونویسی از DNA و تکثیر آن ، امکان خطا و اشتباه کمتر از یک در 500000 است. ولی از آنجا که این نوع جهش به نسبت یک در 108 تا 109 باز آلی در مولکول DNA رخ می‌دهد گاه تصادفا چنین اشتباهی صورت می‌گیرد و یک باز جدید وارد یکی از دو رشته تازه می‌شود و مدتی طول می‌کشد تا نتیجه آن در مقایسه با یاخته مادر که دارای DNA کامل است روشن شود.
جهش به دلیل شباهت بازی
با استفاده از بازهای همانند بازهای موجود در رشته DNA و افزودن آنها به محیط کشت می‌توان میزان این گونه اشتباهات و این نوع جهش را افزایش داد. مثلا باز 5- برمو اوراسیل که همانند تیمین است، می‌تواند به جای آن در رشته DNA قرار گیرد و موجب جهش شود. 5- برمو اوراسیل با آدنین جفت می‌شود و بندرت به جای آدنین با گوانین جفت می‌شود. در این صورت در نسل بعد ، به جای جفت بازی A-T ، جفت بازی G-C در رشته DNA وجود خواهد داشت.
تغییرات شیمیایی DNA
تعدادی از مواد جهش‌زا هستند که بر یک یا چند باز در رشته DNA اثر می‌گذارند و آنها را چنان تغییر می‌دهند که جفت شدنشان با باز مکمل خود به درستی انجام نشود. اسید نیترو از جمله این مواد است. اسید نیترو باعث تبدیل آدنین به هیپوگزانتین می‌شود که در طول تقسیم DNA با سیتوزین جفت می‌شود و بدین ترتیب جفت بازی A-T به G-C مبدل می‌گردد و یا در رشته DNA می‌تواند موجب تبدیل سیتوزرین به اوراسیل شود و از آنجا که اوراسیل با آدنین جفت می‌شود، جفت بازی G-C به A-T تبدیل می‌شود.
جهش ناشی از تغییر یا جابجایی در رونویسی کد ژنتیکی
آکریدین‌ها گروهی از رنگها هستند که بویژه می‌توانند موجب این نوع جهشها شوند. این نوع رنگها مولکولهایی دارند که می‌توانند بین دو جفت بازی در رشته DNA وارد شوند و به این ترتیب تمامی کدهای سه تایی بعد از خود را مختل سازند. از سوی دیگر ، حضور آکریدین ممکن است مانع شرکت یک باز در رشته DNA شود. بنابراین DNA به اندازه یک باز کوتاهتر شده و در این صورت نیز رونویسی تمامی کدهای سه تایی بعدی مختل می‌گردد.
جهش ناشی از پرتوها
پرتو فرابنفش عامل جهش‌زای بسیار موثری است پرتوهای فرابنفش با طول موج حدود 260 نانومتر ، بوسیله بازهای DNA به شدت جذب می‌شوند و این امر به ایجاد تغییرات شیمیایی در رشته DNA می‌انجامد. معروف‌ترین و شناخته شده‌ترین اثر پرتو فرابنفش بر روی بازهای رشته DNA این است که موجب پیوندهای دوتایی بین دو مولکول تیمین مجاور هم می‌شود.
نسخه برداری غیر طبیعی از این قسمتها که حاوی تیمین دیمر است موجب جهش می‌شود. بسیاری از ارگانیسمها دارای آنزیمهایی هستند که می‌توانند آسیبهای ناشی از پرتو را ترمیم کنند. پرتوهای یونیزه کننده مانند
پرتو ایکس و پرتوهای اتمی نیز جهش‌زا هستند و باعث تغییرات شیمیایی در بازهای DNA و یا باعث شکسته شدن DNA یا حذف یک یا چند باز از رشته DNA می‌گردند.
جدا کردن و تشخیص جهش یاخته‌ها
هر یک از خواص
میکروارگانیسمها در اثر جهش قابل تغییر است و کلیه این تغییرات با تغییرات آنزیمی سایر پروتئینهای یاخته‌ای ارتباط دارند. هر چند شناخت رابطه موجود بین تغییر فنوتیپ میکروبی و تغییرات حاصل در پروتئین یاخته‌ای دشوار است. یکی از انواع موتانتهای میکروبی به سادگی قابل شناخت است. موتانتهای غیر متحرک باکتریهای متحرک است. باکتریهای متحرک می‌توانند بر اثر جهشهای مختلف قدرت تحرک خود را از دست بدهند. کلنی باکتریهای موتانت فاقد کپسول نسبت یه انواع کپسول‌دار بر روی سطح محیط کشت جامد کوچکتر و خشن‌تر هستند و می‌توان آنها را نیز به سادگی از انواع وحشی باز شناخت. جهشی که منجر به از دست رفتن قدرت هاگزایی می‌شود بسیار فراوان است.
این مونتها را از طریق فقدان رنگدانه‌های هاگ که رنگ کلنی را باعث می‌شوند، باز می‌شناسند. مونتهایی که فاقد قدرت تولید آنزیمهای مختلف یاخته هستند نیز بسیار فراوانند. یکی از روشهای متداول برای جدا کردن موتانتهای جدید استفاده از روش انتخابی
پنی‌سیلین است. به این ترتیب می‌توان موتانتهایی را که برای رشد خود به آمینو اسیدهایی خاص یا عوامل رشد ویژه‌ای نیاز دارند جدا کرد. افزودن پنی‌سیلین به محیط کشت فاقد این مواد ضروری برای رشد ، یاخته‌های اجدادی جهش نیافته که بر روی این محیط قادر به رشد هستند از بین می‌روند در حالی که یاخته‌های جهش یافته‌ای که در این محیط رشد نمی‌کنند همچنان باقی می‌مانند.
استفاده از صافی
استفاده از صافی نیز برای جدا کردن موتانتهای قارچی مولد هاگ متداول است. در میان باکتریها موتانتهای بسیاری یافت می‌شوند که قادر به تولید آنزیمهای کاتابولیسمی یا تجزیه کننده نیستند. شناسایی این موتانتها از دو طریق امکانپذیر است. به طریق
کشت باکتریها در محیطی که تنها منبع کربن آن
لاکتوز است که در این صورت موتانتهای لاکتوز رشد نمی‌کنند. و استفاده از محیط کشت مایع لاکتوز‌دار است انواعی که قدرت تجزیه لاکتوز را ندارند رشد نمی‌کنند.
روشهای شناسایی موتانتهای مقاوم به دارو
این روشها نسبتا ساده و عملی هستند به این ترتیب که با کشت تعداد زیادی یاخته بر روی محیط کشت جامدی که حاوی مقداری داروی معین است و تنها موتانتهای مقاوم به آن دارو در آن محیط رشد می‌کنند می‌توان موتانتها را شناسایی و جدا کرد.
استفاده از ویروسها
موتانتهای مقاوم در برابر
ویروس نیز از انواعی هستند که مورد بررسی قرار گرفته‌اند. جدا کردن این موتانتها از طریق قرار دادن
یاخته‌های باکتری در محیط حاوی مقدار زیادی ویروس انجام می‌گیرد. در این صورت تنها موتانتهایی که نسبت به ویروس مقاوم‌اند می‌توانند در چنین محیطی رشد کنند.
استفاده از گرما
از انواع دیگر موتانتها ، موتانتهای حساس به گرما هستند. این موتانتها
پروتئینهایی دارند که از آمینو اسیدهای حساس به گرما ساخته شده‌اند. این موتانتها نیز مانند موتانتهای تغذیه‌ای در شرایط نامساعد از بین می‌روند.
کاربرد مواد جهش‌زا در صنایع میکروبی
ایجاد موتانت و جدا کردن انواع جدید میکروبی دارای کاربردهای زیادی در
صنایع میکروبی و کلیه صنایعی است که در آنها به گونه‌ای از میکروارگانیسمها استفاده می‌شود شاید یکی از مهمترین و بزرگترین موفقیت در استفاده صنعتی از موتانتها ، تولید
آنتی بیوتیک باشد.
قارچ پنی سیلیوم که در ابتدای کشف این آنتی بیوتیک جدا شده بود، قادر به تولید مقدار کمی پنی سیلین بود (در حدود یک تا 10 میکروگرم در هر میلی لیتر محیط کشت).
ولی با ایجاد موتانتهای جدید این قارچ به کمک عوامل جهش‌زا ، بتدریج توانستند میزان تولید پنی سیلین را حداقل 1000 بار افزایش دهند. البته باید توجه داشت که ترکیب محیط کشت نیز در میزان تولید آنتی بیوتیک بسیار موثر است و موتانتی که در این محیط کشت قادر به تولید مقدار زیادی آنتی بیوتیک باشد، می‌تواند در محیط کشت دیگر پنی سیلین کمی را تولید کند. بنابراین ، تامین شرایط محیطی مناسب و ایده‌آل برای هر موتانت ، به منظور بهره‌برداری حداکثر از آن ضروری است.
مباحث مرتبط با عنوان
